Diskuse Elektrika.cz

Na hrizontální vyvrtávačce WH160 už jse 3x vždy zhruba po 1 roce vyměňoval měnič(sic)
3x400VAC /680VDC pro pohon hlavního vřetena. Vždy proražené tyrystory. (oprava cca 100K)
Na vstupu přepěťové ochrany B+C, před měničem síťová tlumivka a za měničem motorová. Na první pohled vše OK.
Jde o modernizovaný pohon stroje ze 70 let (konstrukce ŽĎAS -tak předpokládám,že asi také OK)
Napadne někoho, (kol. Kurka?),   co ještě udělat pro ochranu měniče?

Ake je zemnenie stroja, menica, motora?
Aky je stav prizemnenia stredu distribucneho trafa? Neplavaju obcas fazy proti zemi?
Aky presny menic je pouzity?
Aky presny kabel medzi menicom a motorom je pouzity (motor ma 51kW?)?
Bol pri oprave menica kontrolovany stav kondenzatorov?
AC motor? DC motor?
Co presne umrelo v menici, riadeny usmernovac na vstupe, alebo IGBT na vystupe, alebo je menic prilis stary na IGBT a aj vystup je tyristorovy? Oprava za 4k EUR je dost vysoke cislo.
Ako je menic chladeny?

Jestli jsem dobře pochopil, jde o pohon DC kartáčového motoru s tyristorovým AC/DC řízením.

V 70-tých letech byla výkonová elektronika strojů v plenkách, obvodová řešení AC/Dc měničů byla rozmanitá a často unikátní. Naproti tomu byl výběr výkonových polovodičů velmi úzký a co kus tyristoru, to byl originál, takže se musel každý kus změřit,. zapsat jeho blokovací napětí, citlivost gate a hlavně u AC/DC měničů a řízených usměrňovačů jeho vypínací komutační proud.
Asi by vám o této problematice dokázal nejvíce povědět kolega Bocek, v hutích a válcovnách takových pohomů měli hodně.,       

Řídící obvody byly tehdy výhradně analogové. Aby byly řídící pulsy dostatečně dlouhé musely být řídící obvody velmi složité. Protože o procesorech a LOW side a HIGH side driverech se mohlo tvůrcům zapojení jen zdát  a tak v zapojeních řídících obcvdů byla spousta ferritových  hrníčkových transformátorl ků, tranzistorů a diod a tehdy ručně pájených plošných spojů a kabílkových propojů.

Zapojení řízených DC pohonů strojů s běžnými tyristory (bez napájecího transformátoru s více vinutími) byly 3 hlavní typy:

1) Výkonový diodový neřízený usměrňovač do kotvy a malovýkonový reverzační tyristorový usměrňovač do budicího vinutí.

2) Výkonový řízený usměrňovač do kotvy i do budicího vinutí, podle potřeby i reverzační.

3) Výkonový řízený, nebo neřízený usměrňovač do DC meziobvodu a PWM tyristorový chopper pro kotvu i budicí vinutí. PWM řízení pracovalo buď s proměnným kmitočtem, nebo s proměnným úhlem otevření - podle mezních dynamických parametrů tyristorů a požadovaného rozsahu řízení otáček či momentu se použila jedna nebo druhá metoda.

To co se u AC pohonu nazývá motorová tlumicka u DC pohonu je pouhá tlumivka pro vyhlazení DC tepavého proudu, aby byl vyhlazen moment motoru, Taková tlumivka musí mít vzduchové jádro, aby se nepřesycovala.

Protože o IGTB prvcích, blokovacích a vypínacích tyristorech se v 70-tých letech jen tušilo, musely se DC proudy skrz zapálený tyristor vypínat komutačními obvody s pomocnými, nebo s párovými tyristory. Komutační obvody byly buď čistě kapacitní, nebo kmitající laděné. Hlavní i komutační tyristor se musí vybrat podle jejich změřených parametrů statických, ale i dynamických a často je třeba vybrat pár shodných tyristorů.

Klasické tyristory na rozdíl od VMOS technologie se stoupající teplotou polovodiče mají tendenci k (druhému) průrazu, k rychlé degradaci i ke změně dynamických vlastností vedoucí k  nemožnosti jeho vypnutí komutačním obvodem. Navíc klasický tyristor umí sepnout nejen žádaným nabuzením řídícím proudem, ale i když se mezi A-K objeví napětí překračující kritickou strmost dU/dt napěťového nárůstu.

Pokud se tedy otevře ve výkonovém obvodu kotvy stroje jediný z tyristorů, který v tu chvíli už nebo ještě má být uzavřený, nastává řetězová reakce destrukcí i u ostatních tyristorů.


A k takovému ději může dojít:

a) Vznikem kritického nárůstu dU/dt přišlým ze strany sítě (impulzní rušení, vadné ochranné obvody proti du/dT u tyristoru, náhradní tyristor vybraný s malým dU/dt...)

b) Vznikem kritického nárůstu dU/dt nebo proudu přišlým ze strany pohonu (jiskřící reverzační kontakty, chybný stav vinutí, nebo komutátoru DC stoje, přerušující se obvod buzení, přesycující se tlumivka...)

c) Vadným řídícím pulsem do tyristoru - moc krátký, moc dlouhý, malá energie (málo citlivý tyristor, nebo prasklý ferrit hrníčkového transformátoru či vyšumělá kapacita či porucha v řídícím obvodu...)

d) Přehřátím polovodičů

e) Vadným komutačním vypínacím obvodem tyristoru (ztráta kapacity a přetěžování nevhodného náhradního komutačního kondenzátoru velkým proudem, nevybírané a nepárované tyristory na vypínací proud, přílišné zatlumení nebo odtlumení rezonančního komutačního obvodu...)
 
f) Chybou obsluhy či úrdžby, zapomenutou znalostí tvůrců zapojení, neodborností či lajdáckostí servisní firmy

g)....


Z toho všeho je patrné, že jediná chybička vede k rozsáhlé destrukci a proto je třeba pro opravu měniče zvolit ideálně odbornou dílenskou opravu, ukončenou testy a měřeními osciloskopy apod. A hlavně zárukou na provedení opravy.

A DC stroj a jeho kontaktní prvky včetně svorek atd. musí být ve 100% stavu, stejně tak napájecí a ochranné obvody.

Jestli se tedy ptáte, co udělat pro ochranu měniče, pak běžnými prostředky údržby si mnoho nepomůžete, bez měření v tomto případě není vědění. A já vám poradit na dálku (a už ani na místě) neumím
A měřením je zde i písemný záznam, které z tyristorů ve schematu se musely měnit jako destruované a které jen jako párové.

Nakonec příčinou destrukcí může být i banální porucha, jako odskakující běžec potenciometru nastavování rychlosti otáčení - jak potenciometr na panelu obsluhy zachrastí, krátkodobě do měniče kopne žádost o maximální otáčky, DC motor jen cukne, vyrobí proudovou špičku a hned po ní ve spolupráci s tlumivkou pošle špičku napěťovou/přepěťovou zezadu do měniče.

Paralalně k tyristorům se dají doplnit ochranné R-C-D obvody (plovoucí ochrana),            varistory apod. - pokud tam už něco nainstalováno není. Ale bez osciloskopu a odborných znalostí můžete situaci i zhoršit.

Použití velmi rychlých pojistek pro jištění polovodičů je diskutabilní, vzhledem k jejich ceně a pak malé přetižitelnost i pohonu.

Pokud je stroj unikátní a v dobrém mechanickém stavu, ale elektrovýzbroj, motor a měnič archaické, může být i výborné řešení poslat vyvrtávačku na retrofit, kdysi jsme takový retrofit vyvrtávačky se Schrage motorem dělali a měnil se pohon na synchronní motor s frekvenčním měničem. Tak se zákazník zbavil uhlířiny u komutátorů, spolehlivost a opravitelnost celého stroje se zvýšila a řízení přes PLC dávalo možnosti poloautomatick ého chodu, odměřování polohy, ulehčení řazení nesynchronizov ané mechanické převodovky při pidiotáčkách, na displeji hlášené stavy stroje i záznamy poruch a motohodin atd. A hlavně se u stroje objevila sériově dodávaná součástková základna elektrovýzbroj e, takže místní údržba si mohla udělat údržbu vlastními silami. Nemluvě o tom, že klesla hlučnost a energetická náročnost stroje.

Jsou chvíle, kdy se stroj začne sypat a opravy a nucené odstávky jeho provoz a ztráty z nefunkčnosti natolik prodraží, že retrofit, či nákup nového stroje vyjde ekonomicky lépe, než udržování stroje v chátrání.



OPRAVA
To co se u AC pohonu nazývá motorová tlumicka u DC pohonu je pouhá tlumivka pro vyhlazení DC tepavého proudu, aby byl vyhlazen moment motoru, Taková tlumivka musí mít jádro se vzduchovou mezerou, aby se tlumivka nepřesycovala.

Kolega Martin Kurka napsal vše podstatné.
Proto jen zdůrazním jeho závěr.

Z toho všeho je patrné, že jediná chybička vede k rozsáhlé destrukci a proto je třeba pro opravu měniče zvolit ideálně odbornou dílenskou opravu, ukončenou testy a měřeními osciloskopy apod. A hlavně zárukou na provedení opravy.

Pokud je stroj WH 160 ze 60-70 let, tak jej vyráběla Skodovka. Hlavní motor 55 kW byl řízen pomocí soustroji W-L. Je to velký stroj o váze 68 tun a rozměrech n6 x 12 m. Příkon přes 100 kVA.

V 70-80 létech bylo moderní rušit rotační měniče a přejít na tyristory. Jenže tehdy podporovaná snaha dělat retrofity přes zlepšovací návrhy a bez zkušenosti, vedla k velké poruchovost a tím ke značným prostojům.

Je nutná důkladná analýza problému s náročným měřením a analýzou rizika a navržením řešení. Retrofit může být jednoduchý ale i náročný. Vyžaduje to zkušeností v oboru řízení DC strojů. Nakonec všechny body problému popsal kolega Martin Kurka, který má letité zkušenosti s retrofity. Moje zkušeností jsou spíše uživatelské z pohledu údržby, ale mým koníčkem bylo sledovat poruchovost ve velké firmě a navrhovat stroje do střední a generální opravy. Poruchovost se musí vyhodnocovat i s náklady

Viděl jsem při revizní a kontrolní činnosti moderní WH 160 CNC se skvělou elektrikou od Heidenhaina

Skladam klobuk.

K pripadnej cene retrofitu:
55kW bezny indukcny motor - 1300 EUR (servo by bolo nadherne, ale pre vyvrtavacku?)
55kW uplne bezny menic DELTA C2000 - 2200 EUR

Bizuteria okolo:
- enkoder +  karta ak treba, no pre vyvrtavacku s prevodovkou pochybujem - 200+120 EUR
- EMC filter - 600 EUR
- vstupna tlmivka by snad mohla aj ostat
- kabel k motoru

Material sa teda pohybuje okolo hodnoty jednej opravy existujuceho menica. Najdene ceny su +/- najekonomickej si variant. Ak k vybranym prvkom pridate slovo Siemens alebo Bosch Rexroth, pridajte 100-200%.

Co se týče cen, musíte být mnohem střízlivější. Ano pro vyvrtávačku na vřeteno stačí asynchronní motor. Tam není potřebná žádná dynamika pohonu, jen moment i v nízkých otáčkách, Také často je nutná osa motoru svisle a pro uchycení je třeba úprava pro jinou přírubu a spojku motoru, Základní podmínka je, aby se tam motor vešel a šel přidělat.
Takže už motor  nebude běžný sériový, ale v rozšířeném provedení s axiálním ložiskem, ventilátorem cizího chlazení a s výstupem osy na odměřování otáček.
Mezipříruba a spojka u 55kW také není zadarmo.
Stejně tak nové odrušení, jištění a úprava bezpečnostních obvodů stroje.
A možná nejdražší na všem bude dodání nového CE stroje, protože před ním musí být splněny všechny dokumentace návrhy a testy.
Jenže ta papírová válka bývá skoro stejně drahá u stroje u kterého jen změníte pohon jako u stroje který vybavíte i nějakou chytrostí řízení, ovládání, diagnostikou atd.

A co se týče příplatku za Siemens, ano, může to být i více. Ale kupujete si tím dostupnost náhradních dílů a servisu ještě i za 20 a více let. Což u výkonové elektroniky není tak zřejmá a běžná věc.

Ak je mozne jednoducho vymenit sustavu menic-motor za novy menic-motor, preukazatelne zmerat nabehove a dobehove rampy a nastavit novy menic tak, aby fungoval rovnako, alebo konzervativnej sie (= nezvysil ziadne riziko co sa tyka rychlosti, momentov a ramp),  CE podla mojho prieskumu nie je nutne, stale sa s odretymi usami da zmestit do definicie opravy.

V tejto oblasti je ale obrovske sive pasmo. Ak ma firma poriadneho bezpecaka, je mozne, ze tak velka zmena bez plnotucneho CE neprejde, kedze ide o CNC stroj schopny upnut 20-40t obrobok a velka oprava/uprava je vzdy dobry moment pre zvysenie bezpecnosti.

Jen pro doplnění a upřesnění. Na stroji proběhl retrofit s AC/DC měniči fy Nidec typu MENTOR
-na vřetenu typ MP210   75kW. Je zajímavé že na osách x,Y,Z měniče pracují dlouhodobě bez problémů

Ideální by bylo dotaz směrovat na člověka, co ten pohon uváděl do provozu a měl možnost si ho osahat.  :(

Dokázal byste si vzpomenout, zda k proražení tyristorů dochází při nějaké konkrétní situaci? Zda je to náhodné, při zapnutí napájení, změně otáček, rozběhu...

Ony na osách jsou na měnič výkonově a z hlediska setrvačností pohonu úplně jiné požadavky.
A tento měnič pro vřeteno je 4-kvadrantový, tzn, že umí rekuperovat do sítě, stačí mít měkkou síť a je zle.

Mentor MP210A4R
4 Quadrant Industrial DC Drives
210 Amp,
4 Quadrant,
75 kW,,         
Control Techniques,
DC Drive,
Nidec

Na Control Techniques vám neporadí? Kdysi tam býval pan vševěd Ing.Hynek Přikryl CSc. On před tím pracoval na VÚES Brno a uměl toho moc a do hloubky i prakticky.

Při tak častých poruchách se vám nějaká ta koruna za servisní zásah od Contol Techniques přímo na místě u vás  vyplatí. Pro tyto měniče existuje softwarový osciloskop CT, jeho sledováním při reálném provozu stroje se dá zjistit mnohé.

Jinak měnič má spoustu ochran, starší měniče bez těchto ochran by tyristory hodně potrápily.

Integrovaná ochrana měniče a motoru proti:
    Nadproudu
    Nadměrné teplotě
    Ztrátě fáze
    SCR/Teplotě tyristorového spoje
    Ztrátě zpětné vazby
    Ztrátě buzení
    Přerušenému okruhu kotvy

Takže se dá předpokládat, že v rámci rozsahu působnosti ochran tyto chyby asi na stroji nebudou.